Накопление электрического заряда наночастицами меди

На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливаемые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электрическим полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 10²–10³ атомов) получены значения...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Datum:2013
Hauptverfasser: Шевченко, А.Б., Мельник, А.Б.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2013
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75919
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Накопление электрического заряда наночастицами меди / А.Б. Шевченко, А.Б. Мельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 2. — С. 249-258. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860056422452035584
author Шевченко, А.Б.
Мельник, А.Б.
author_facet Шевченко, А.Б.
Мельник, А.Б.
citation_txt Накопление электрического заряда наночастицами меди / А.Б. Шевченко, А.Б. Мельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 2. — С. 249-258. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливаемые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электрическим полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 10²–10³ атомов) получены значения физических характеристик (энергии, заряда, потенциала электрического поля), обуславливающих их стабильность. На основі метод комп’ютерного моделювання побудовано формалізм, що уможливлює визначати енергію і електричний заряд, яких накопичують металеві наночастинки. Показано, що зовнішнім електричним полем можна збільшити заряд частинки. Для малих кластерів міді (із 10²–10³ атомів) одержано значення фізичних характеристик (енергії, заряду, потенціалу електричного поля), які обумовлюють їхню стабільність. The formalism for determination of the energy and electrical charge, which are accumulated by the metal nanoparticles, is constructed, using computer modelling techniques. As shown, the particle charge may be increased by the external electric field. The values of the physical characteristics (energy, charge, electric potential) for small clusters of copper (consisting of 10²–10³ atoms) corresponding to their stability are obtained.
first_indexed 2025-12-07T17:01:09Z
format Article
fulltext 249 PACS numbers: 02.70.Ns, 34.20.Cf, 36.40.Cg, 36.40.Qv, 36.40.Wa, 61.46.Bc, 61.50.Lt Накопление электрического заряда наночастицами меди А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливае- мые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электриче- ским полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 102–103 атомов) получены значения физических характеристик (энер- гии, заряда, потенциала электрического поля), обуславливающих их ста- бильность. На основі метод комп’ютерного моделювання побудовано формалізм, що уможливлює визначати енергію і електричний заряд, яких накопичують металеві наночастинки. Показано, що зовнішнім електричним полем мо- жна збільшити заряд частинки. Для малих кластерів міді (із 102–103 ато- мів) одержано значення фізичних характеристик (енергії, заряду, потен- ціалу електричного поля), які обумовлюють їхню стабільність. The formalism for determination of the energy and electrical charge, which are accumulated by the metal nanoparticles, is constructed, using computer modelling techniques. As shown, the particle charge may be increased by the external electric field. The values of the physical characteristics (energy, charge, electric potential) for small clusters of copper (consisting of 102–103 atoms) corresponding to their stability are obtained. Ключевые слова: металлические наночастицы, энергия когезии меди, электрический заряд, кулоновское взаимодействие, электрическое поле. (Получено 22 марта 2013 г.; после доработки — 1 мая 2013 р.) 1. ВВЕДЕНИЕ Исследование физических свойств малых металлических частиц представляет значительный интерес, как с фундаментальной, так и Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2013, т. 11, № 2, сс. 249–258  2013 ІМÔ (Інститут металофізики ім. Ã. Â. Êурдюмова НАН Óкраїни) Надруковано в Óкраїні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 250 А. Б. ШЕÂЧЕНÊО, А. Б. МЕЛЬНИÊ прикладной точек зрения (см., например, монографии [1–4] и обзо- ры [5–9]), что обусловлено широкими возможностями их практиче- ского применения в современных нанотехнологиях.  данном кон- тексте актуальным является изучение проблемы накопления элек- трического заряда металлическими наночастицами (кластерами), характерный размер которых не превышает 10 нм. При этом в от- личие от массивных металлов, появление «лишних» электронов на атомах частицы приводит к дополнительной кулоновской энергии, сравнимой с энергией когезии кластера, что в итоге обуславливает деформацию пространственной атомной структуры системы. Дан- ное обстоятельство свидетельствует о важности исследования атом- ного строения кластера при рассмотрении задачи о накоплении ими электрического заряда. Нахождение энергетически выгодных атомных конфигураций наночастиц, согласованных с внешними нескомпенсированными электронами, может быть проведено путем компьютерных экспе- риментов с использованием парного потенциала межатомного вза- имодействия и численного метода Монте-Êарло. Такой подход поз- воляет оценить энергию и заряд наночастицы. Получаемые в итоге результаты, должны находиться в соответствии с расчетами по дан- ному вопросу, проведенными на основе методов электродинамики [10, 11] и теории функционала плотности [12–14]. Построению формализма, который позволяет определять как электрический заряд, накапливаемый металлическими кластера- ми, так и соответствующие им стабильные атомные конфигурации, посвящена предлагаемая работа. Изучение поставленной проблемы проведем на примере кластеров меди, материалах, перспективных для использования в наноэлектронике и катализе [15]. 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ Определим в начале атомные конфигурации нейтральных класте- ров меди, обладающих минимальной энергией когезии coh Cu,Cu , 1 ( ) 2 N ij i j E U r N   , (1) где 0 0 Cu,Cu ( ) r r U r r r                           — обобщённый парный потенциал Леннард-Джонса межатомного взаимодействия (см. рис. 1) с параметрами 0,29307  эÂ, 0 0,25487r  нм, 8  , 5  , полученными путем подгонки к экспериментальным физическим характеристикам ÃЦÊ-Cu [16]; ij i j r  r r , i r — радиус-вектор, со- НАÊОПЛЕНИЕ ЭЛЕÊТРИЧЕСÊОÃО ЗАРЯДА НАНОЧАСТИЦАМИ МЕДИ 251 ответствующий i-му атому; N — количество атомов. Для решения данной задачи моделируем процесс плавления на- ночастиц Cu с последующим их охлаждением в кристаллическую фазу. Расчет проводим в рамках NVT-ансамбля. Атомы (не ограни- чивая общности рассуждений, полагаем N102–103) находились в центре большой кубической ячейки, в дальнейшем, их координаты определялись с помощью метода молекулярной динамики. Инте- грирование уравнений движения частиц проводилось методом Âер- ле [17] с временным шагом 16 10t   с. Обрыв потенциалов взаимо- действия осуществлялся при 0,7ijr  нм.  начальный момент вре- мени атомы размещались хаотически, затем на протяжении 103 ша- гов проводилась термическая стабилизация системы. При темпера- туре T103 Ê достигалось равновесное состояние. Затем система охлаждалась со скоростью 1 пÊс 1 до температуры T0 Ê посред- ством масштабирования скоростей через каждые 100 шагов.  ре- зультате, были определены атомные конфигурации нейтральных кластеров Cu, обладающих минимальной энергией когезии. Далее, рассматривался процесс зарядки найденных структур n электрона- ми, наличие которых обусловливает дополнительный кулоновский вклад coul E в удельную энергию частицы total E total coul coh E E E  , (2) где 2 coul ,0 1 8 n i j i j e E N     r r , 0 — диэлектрическая проницаемость вакуума, e — заряд электрона; Ecoh определяется выражением (1). Рис. 1. Потенциал парного взаимодействия атомов наночастиц меди UCu,Cu; rij — межатомные расстояния.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75919
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1816-5230
language Russian
last_indexed 2025-12-07T17:01:09Z
publishDate 2013
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format dspace
spelling Шевченко, А.Б.
Мельник, А.Б.
2015-02-06T09:09:07Z
2015-02-06T09:09:07Z
2013
Накопление электрического заряда наночастицами меди / А.Б. Шевченко, А.Б. Мельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 2. — С. 249-258. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
1816-5230
PACSnumbers:02.70.Ns,34.20.Cf,36.40.Cg,36.40.Qv,36.40.Wa,61.46.Bc,61.50.Lt
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75919
На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливаемые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электрическим полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 10²–10³ атомов) получены значения физических характеристик (энергии, заряда, потенциала электрического поля), обуславливающих их стабильность.
На основі метод комп’ютерного моделювання побудовано формалізм, що уможливлює визначати енергію і електричний заряд, яких накопичують металеві наночастинки. Показано, що зовнішнім електричним полем можна збільшити заряд частинки. Для малих кластерів міді (із 10²–10³ атомів) одержано значення фізичних характеристик (енергії, заряду, потенціалу електричного поля), які обумовлюють їхню стабільність.
The formalism for determination of the energy and electrical charge, which are accumulated by the metal nanoparticles, is constructed, using computer modelling techniques. As shown, the particle charge may be increased by the external electric field. The values of the physical characteristics (energy, charge, electric potential) for small clusters of copper (consisting of 10²–10³ atoms) corresponding to their stability are obtained.
ru
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Накопление электрического заряда наночастицами меди
Article
published earlier
spellingShingle Накопление электрического заряда наночастицами меди
Шевченко, А.Б.
Мельник, А.Б.
title Накопление электрического заряда наночастицами меди
title_full Накопление электрического заряда наночастицами меди
title_fullStr Накопление электрического заряда наночастицами меди
title_full_unstemmed Накопление электрического заряда наночастицами меди
title_short Накопление электрического заряда наночастицами меди
title_sort накопление электрического заряда наночастицами меди
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75919
work_keys_str_mv AT ševčenkoab nakoplenieélektričeskogozarâdananočasticamimedi
AT melʹnikab nakoplenieélektričeskogozarâdananočasticamimedi